015

1. Операційні
системи
Лекція 15
Розподілені файлові системи

2. 2/24Лекція 15
План лекції

3. 3/24Лекція 15
Функції розподілених
файлових систем
 Функції розподілених файлових
систем такі ж, як і в
централізованих системах
Зберігання програм і даних
Надання доступу до них

4. 4/24Лекція 15
Файл-сервери
 Файлова система підтримується файл-
серверами
 Файл-сервери:
 перехоплюють запити на зчитування або
записування
 перевіряють їх
 виконують їх
 відповідь надсилають відправнику запиту
 Зазвичай файл-сервери мають ієрархічні
файлові системи
 Клієнти (робочі станції) можуть монтувати ці
файлові системи до своїх локальних
файлових систем

5. 5/24Лекція 15
Файловий сервіс vs
файловий сервер
 Файловий сервіс – опис функцій, які
файлова система пропонує
користувачам
 Примітиви, що існують
 Їхні параметри
 Функції, що вони виконують
 Фактично файловий сервіс – це
інтерфейс файлової системи з
клієнтами
 Тобто, з точки зору користувача описано,
що можна зробити, але не описано, як це
реалізовано

6. 6/24Лекція 15
Файловий сервіс vs
файловий сервер
 Файловий сервер – це процес, що
виконується на окремій машині і забезпечує
реалізацію файлового сервісу
 У добре організованій розподіленій системі
користувачі не знають кількості файлових
серверів і їхнього місцезнаходження
 Сервіс прозорий
 Зазвичай файловий сервер – це просто
процес (режиму користувача або ядра)
 У системі можуть бути присутніми кілька
файлових серверів, що реалізують різні
функції
 Наприклад, файлові сервіси Windows і Unix

7. 7/24Лекція 15
Інтерфейс файлового
сервісу
 Перше питання – як інтерпретувати файл (як
послідовність байт або записів)
 У сучасних розподілених системах, як і в
централізованих, - неінтерпретована послідовність
байтів
 Атрибути файлу
 Ім'я, розмір, дати, ідентифікатор власника
 Можливість модифікації файлу
 У більшості систем, але не в усіх!
 Інший варіант – незмінні файли
• Реалізують лише дві операції – створити файл і прочитати
файл
• Легше реалізувати кешування і реплікацію файлу
 Два типи файлового сервісу
1. Модель завантаження-вивантаження
2. Модель віддаленого доступу

8. 8/24Лекція 15
Модель завантаження-
вивантаження
 Реалізовані зчитування і записування файлу
цілком
 Схема оброблення
 Зчитування файлу з сервера на машину клієнта
 Оброблення файлу на машині клієнта
 Записування оновленого файлу на сервер
 Переваги
 Концептуальна простота
 Добре працює, коли потрібна робота з цілим
файлом
 Недоліки
 Високі вимоги до дисків клієнтів
 Неефективно, коли потрібна лише мала частина
файлу

9. 9/24Лекція 15
Модель віддаленого
доступу
 Операції над файлами:
Відкриття й закриття файлів
Зчитування й записування частин
файлу
Позиціонування у файлі
Перевірка і зміна атрибутів файлу
 Уся файлова система
виконується на серверах

10. 10/24Лекція 15
Сервіс каталогів
 Призначення сервісу – пошук файлу у розподіленій
системі
 Найголовніший принцип – забезпечення прозорості
1. Прозорість розміщення
 Імена файлів не дають можливості з'ясувати, де
розміщено файл
 Наприклад, /server1/dir1/dir2/x – невідомо, де
знаходиться сервер
 Якщо перенести server1 з одної машини на іншу, система
збереже працездатність
2. Незалежність від розміщення
 Ім’я файлу не містить у явному вигляді посилання на
будь-який сервер
 Система може автоматично перенести файл з одного
сервера на інший
 Якщо файлова система базується на принципі
віддаленого монтування – вона не забезпечує
незалежності від розміщення

11. 11/24Лекція 15
Копії файлу
 У централізованих системах
існують унікальні імена файлів
 У розподілених системах може
бути, що унікальне ім’я відповідає
кільком копіям файлу
Це підвищує відмовостійкість за
рахунок надлишковості

12. 12/24Лекція 15
Проблема спільного
користування файлами
 Необхідно точно визначити
семантику зчитування і
записування
1. Семантика UNIX
2. Сесійна семантика
3. Незмінні файли
4. Неподільні транзакції

13. 13/24Лекція 15
Семантика UNIX
 Якщо операція зчитування здійснюється
після операції записування, то зчитують вже
оновлений файл
 Якщо було дві операції записування, то
зчитується результат останньої операції
 У централізованій системі легко і зрозуміти, і
реалізувати
 У розподіленій системі можна реалізувати
лише якщо є лише один файл-сервер і клієнт
не кешує файли
 Продуктивність значно знижується
 Іноді дозволяють клієнтам кешувати файли,
але усі зміни одразу надсилають серверу
 Це неефективно

14. 14/24Лекція 15
Сесійна семантика
 Зміни у файлі видимі лише тому
процесу, що відкрив цей файл для
модифікації
 Усі інші бачать зміни у файлі лише
після його закриття
 Існує проблема одночасного
використання файлу двома і більше
клієнтами
 Варіант 1 – остаточним є файл, який був
закритий останнім
 Варіант 2 – будь-який з відкритих файлів
(простіше реалізувати)

15. 15/24Лекція 15
Структура файлової
системи
1. Розподіл серверної і клієнтської
частин між машинами
2. Структуризація сервісів файлів і
каталогів
3. Зберігання на серверах
інформації про клієнтів

16. 16/24Лекція 15
Розподіл серверної і клієнтської
частин між машинами: варіанти
1. Немає жодної різниці між клієнтом і
сервером
 На усіх машинах – одне й те саме базове
програмне забезпечення
 Приклад – NFS
2. Файл-сервер – програма режиму
користувача
 Система може бути сконфігурована як клієнт, як
сервер, як клієнт і сервер одночасно
3. Клієнт і сервер – принципово різні машини
як у термінах апаратури, так і у термінах
програмного забезпечення

17. 17/24Лекція 15
Структуризація сервісів
файлів і каталогів: варіанти
1. 2 сервіси на одному сервері
2. Різні машини
 Цей варіант більш гнучкий
 Крім того, таким чином можна
досягти спрощення ПЗ
 Недолік – збільшення
інтенсивності мережного обміну

18. 18/24Лекція 15
Зберігання на серверах
інформації про клієнтів
1. Не зберігати (stateless)
2. Зберігати (statefull)
 Statefull сервер пам’ятає, які
файли відкрив кожний користувач,
положення покажчиків, тощо
 У разі відмови сервера таблиці
втрачаються

19. 19/24Лекція 15
Переваги statefull і
stateless серверів
Stateless
 Відмовостійкість
 Не потрібні виклики
OPEN/CLOSE
 Менше пам’яті
сервера
витрачається
 Немає обмежень на
число відкритих
файлів
 Відмова клієнта не
створює проблем
для сервера
Statefull
 Коротші
повідомлення під
час запитів
 Краща
продуктивність
 Можливе зчитування
з випередженням
 Легше досягти
ідемпотентності
 Можливе
блокування файлів

20. 20/24Лекція 15
Кешування
Диск сервера  пам’ять сервера  пам’ять
клієнта  диск клієнта
 Кешування на сервері
1. Якими одиницями оперує кеш
• Цілі файли – ефективніше зберігання на диску
(менше число обмінів)
• Дискові блоки – ефективніше використання пам’яті
кешу і дискового простору
2. Правило заміни даних у кеші
• Наприклад, алгоритм LRU (Last Recently Used)
 Кешування на сервері легко реалізується і
прозоро для клієнта
 Кешування на боці клієнта
 Позбавляє від зайвого трафіку
 Породжує безліч проблем!

21. 21/24Лекція 15
Рішення проблеми
узгодження
1. Алгоритм наскрізного записування
 Під час модифікації даних у кеші нове значення
негайно надсилається серверу
 Недолік – інтенсивність мережного обміну
зменшується лише при зчитуванні
2. Відкладене записування
 Клієнт помічає, що файл вже змінений
 Приблизно один раз за 30 секунд усі зміни
збираються разом і надсилаються
3. Записування-по-закриттю
 Сесійна семантика
4. Алгоритм централізованого керування
 Семантика UNIX
 Передбачає statefull – підхід
 Якщо файл вже кимось відкритий, його не можна
відкрити для записування

22. 22/24Лекція 15
Реплікація
 Система оперує кількома
копіями файлів, причому кожна
копія знаходиться на окремому
сервері
 Переваги:
 Підвищення надійності
 Розподіл навантаження між
кількома серверами

23. 23/24Лекція 15
Способи досягнення
прозорості реплікації
1. Програміст, що створює прикладну програму, сам
керує реплікацією
 Під час створення файлу автоматично створюються
його копії
• Наприклад,
/machine1/usr/ast/xyz – основний файл
/machine2/usr/ast/xyz і
/machine3/usr/ast/xyz – його копії (записують одночасно)
 Для розподілених систем такий підхід не
рекомендують!
1. “Ледаща” реплікація
 Спочатку записують файл, а потім роблять його копії
1. Групові зв’язки
 Визначені групи
 Файл записують у групу, а система автоматично
(одночасно) створює його копії

24. 24/24Лекція 15
Контроль змін
реплікованих файлів
1. Реплікація першої копії
 Виділяють первинний сервер
 Зміни надсилають на первинний сервер, а він –
на вторинні
1. Голосування
 Відстежують версії файлів
 Нехай є N серверів з копіями
 Під час записування зміни вносять щонайменше
у W копій
 Під час зчитування переглядають щонайменше
R копій
 Якщо R+W>N, то буде знайдена хоча б одна з
копій останньої версії
 Оскільки зчитування здійснюють частіше, ніж
записування, то обирають R<W